喷丸强化强度和覆盖率的概念

喷丸强化强度和覆盖率的概念

对于喷丸强化工艺，很多人都容易混淆两个概念，即“强度”和“覆盖率”（喷丸时间）。为此，美国SAE委员会疲劳强度设计和评价分会决定将SAE J443 “使用标准强化测试片之操作流程”中关于“覆盖率”的引用剔除掉，取而代之的是自2003年1月份制定的新的界定条款SAE J2277-"强化覆盖率".

首先，让我们来研究一下问题，然后讨论解决方案。无论是喷丸强化还是抛丸强化，其目的就是通过对那些长期处于交变应力下的零件表面导入一个压应力，在表层形成起保护作用的残余压应力层，从而延长零件的疲劳寿命或载荷能力。有效的压应力层之深度取决于强化强度。而强度大小与使用的丸料介质之大小、硬度和喷射速度直接关联。为取得所需的强化结果，应确保零件的所有表面或应力集中的关键区域得到充分、适宜且精确的喷丸/抛丸撞击，以获取零件表面均匀、高质量的压应力层。另外一个概念“覆盖率”。为取得理想的强化结果，我们必须完成两件事：确定（或控制）强度和确定（或控制）覆盖率。我们先了解了强化强度后，再来解释强化覆盖率，或决定正确的强化处理时间。

目前，尚未有一款“强度测量仪”能直接用来测量强化强度，所以还必须使用阿尔门试片确定强度值。通过高速丸流的喷射，在标准的阿尔门试片上撞击出无数个微小凹坑，而使试片弯曲。如果接收更多的撞击，试片会继续弯曲。直到某个程度时，延长喷丸时间，也不会改变试片的弯曲度，这时，试片弯曲率与喷丸时间的正比增长的关系即消失。画出阿尔门试片饱和度（显示为饱和曲线高度）与喷丸时间的关系图，就能确定强化强度。该图表称为“阿尔门强度饱和曲线”或简称为“饱和曲线”。该曲线引出了由阿尔门阐述的10%理论，“强度是饱和曲线上的第一个出现的喷丸时间延长一倍，强度值增长不会超过10%的弯曲高度点。强化强度，是由使用的丸料属性和喷丸强化的操作情况所决定。这里需要注意的是，阿尔门试片方法仅仅适用于强度的概念。

观察阿尔门试片上单独的一个凹坑，你会发现用一个010 英寸“A”或10A 强度的丸料会撞击出一个约0.009英寸直径的凹坑。阿尔门试片上聚集足够多该尺寸的凹坑，会引起试片弯曲。如果用同样大小的丸料去撞击与阿尔门试片不同的材料时，结果会怎样呢？阿尔门试片材料是SAE1070定义的冷轧钢，其硬度值在44-50 HRC之间。如果处理硬度高的零件，如硬度为60 HRC的渗碳齿轮，丸料在同样强度下形成的凹坑要小得多。相反，如果处理较软零件，如硬度为80 HRB的铝制零件，丸料在同样强度下形成的凹坑要大得多。因此，对于硬度高的齿轮要达到完全覆盖率，所需要的凹坑比硬度小的铝零件更多，所以强化处理时间也应该更长。

结论是，阿尔门试片只能用于准确测定强度值，对于覆盖率，它是零件表面被凹坑覆盖的程度，合适的喷丸时间取决于预设所要达到的覆盖率。